生物矿化
简述生物矿化的概念
简述生物矿化的概念生物矿化是指生物体在体内或体外合成矿物质的过程。
生物矿化是生物体利用自身的生物活性物质，如骨胶原等，通过特定的机制和方式合成矿物质，并将其沉积在生物体内或外部的过程。
生物矿化是生物体为了适应环境和满足自身生存需求而发展起来的一种重要生物学机制。
它不仅对维持个体内部稳态有着重要的作用，还对生物体功能发展、进化和遗传演化等方面具有重要的影响。
在生物体内，生物矿化起到结构支撑、力学稳定和保护、负载功能物质等多种作用，如骨骼的形成和维持、贝壳的合成和外壳的保护。
在生物体外，生物矿化的产物为地球上大量的地质体系和矿床提供了基础材料，如石灰岩、硅藻土等。
生物矿化的过程中，生物体通过控制矿物质的合成、组装和沉积等关键步骤来完成矿物质的形成。
这些过程受到多种生物因素和环境因素的影响，包括生物体内部的基因表达、酶活性、分泌蛋白质等因素，以及外部的温度、pH值、离子浓度等环境因素。
不同的生物体对于矿物质的矿化方式和过程也存在差异，如有的生物体通过细胞内的胞器来进行矿化，有的通过分泌特定物质使矿物质在外部沉积。
生物矿化的矿物质主要有钙磷化合物、二氧化硅、碳酸盐、铁矿物等。
其中，钙磷化合物是生物体内最常见的矿物质，包括了骨骼和牙齿中的磷酸钙矿物质、贝壳中的碳酸钙矿物质等。
生物体内的钙磷化合物矿化通过骨胶原等有机基质的控制和辅助来实现。
二氧化硅是一种常见的生物矿化产物，广泛存在于硅藻、海绵、植物等生物体中。
碳酸盐矿物质主要存在于贝壳、珊瑚等生物体的外壳中，通过生物体分泌的碳酸盐来进行矿化。
铁矿物则在一些特殊的生物体中出现，如一些铁菌可以自身合成磁铁矿矿物。
生物矿化的机制涉及到多种生物学和物理化学过程。
生物体通过调节各种酶的活性和基因的表达来控制矿物质的合成速率和形态。
生物体还通过调节环境因素，如pH值、离子浓度等来调控矿物质的沉积过程。
此外，生物体内外的有机物质和生物活性物质可以作为矿化的模板和催化剂，通过与矿物质的相互作用来影响矿物质的形成和成长。
生物矿化的机制与应用
生物矿化的机制与应用生物矿化是指生物体内或外由生物自身调节下形成的含矿物质的生物性材料。
生物矿化不仅使得生物在生命活动中得到了保障，也为人类的科技创新提供了灵感。
一、生物矿化的机制生物矿化是由生物本身通过生理、化学以及生物学方面的作用逐步形成的。
不同的生物机理机制在矿化过程中发挥着不同的作用。
生物矿化可以分为两类：内源矿化和外源矿化。
内源矿化一般发生在生物体内，具有显著的生物学功能。
外源矿化则常常形成于生物体外，在美学和生态环境方面有极大的价值。
1. 内源矿化硬组织矿化是指在生物体内形成的具有机-无机杂化结构的材料。
这类组织通常是由一些氨基酸和碳酸盐等的碱性物质经过生物调节而将矿物元素逐渐合成和固定的。
硬组织包括牙本质（dentin）、牙釉质（enamel）和骨质（bone）等，其中，牙本质和牙釉质对口腔的生物力学和口腔健康起到重要作用，骨质则对身体的机械和代谢功能起到重要作用。
2. 外源矿化外源矿化是指在生物体外形成的一些含矿物质的生物性材料，而这些材料常常用于美学和生态环境方面的设计。
这些材料通常是细胞或者分子水平上的生物调节过程，常常导致极具多样性的纹理、形状和构造。
外源矿化的典型例子包括贝壳、珊瑚、珍珠、珠宝等。
二、生物矿化的应用1. 材料科学领域生物矿化的一大应用领域是材料科学。
许多生物材料的优异力学性能和高级化学功能激发了研究者制备高品质生物材料的兴趣。
典型的例子包括人工合成牙釉质、骨植入材料、纳米的含钙磷复合材料等等。
这些生物材料可以为医疗、建筑等各个领域提供技术支持。
2. 治疗领域生物矿化的另一个值得关注的方面是其在治疗领域的应用。
在牙齿按照牙本质形成的顺序形成矿化过程中，牙齿矿化的缺陷可能导致牙釉质下方的牙本质遭受细菌的侵袭而腐烂，最终导致龋齿。
因此，一些生物矿化学家已经探寻生物矿化方法来修补被破坏的牙本质。
这些方法包括基于碳酸盐晶体的矿化和基于消化酸的酸性矿化，这些方法不仅可以在诊所内完成，而且可以更自然的修复牙齿的损伤。
生物学中的生物矿化与生物晶体学
生物学中的生物矿化与生物晶体学生物学是研究生命现象、生物结构和生物过程的科学领域。
在生物学中，生物矿化和生物晶体学是两个重要的分支，它们研究生物体内如何形成矿物质和晶状结构，对于理解生物体的功能和进化具有重要意义。
一、生物矿化生物矿化是指生物体内无机物质的形成过程，生物体可以通过控制和调控无机物质的生成来形成功能性的矿物质结构。
生物矿化可以分为两种类型：生物中介性矿化和生物直接矿化。
1. 生物中介性矿化生物中介性矿化是指生物体通过分泌有机分子来促进无机物质的形成。
其中最为典型的例子就是海洋生物中的硅酸盐结构形成。
硅酸盐是一种重要的地球表层岩石成分，而许多海洋生物，如海绵、珊瑚和微藻等，可以通过分泌硅酸酸性蛋白来催化硅酸盐的形成，形成复杂的硅酸盐骨架结构。
这些硅酸盐骨架不仅赋予生物体机械强度，而且对于生物体的光学和电学功能也有重要作用。
2. 生物直接矿化生物直接矿化是指生物体通过分泌特定的细胞或器官来直接形成无机物质结构。
一个典型的例子就是鱼类和贝类的鳞片和贝壳。
这些生物体的外部结构由钙磷化合物构成，是由分泌的细胞逐层沉积而形成。
这种直接矿化不仅使得生物体具有保护和机械支撑的功能，而且还可以帮助生物体维持体内钙离子平衡。
二、生物晶体学生物晶体学是研究生物体内晶体结构形成和功能的学科。
晶体是一种具有高度有序排列的微观结构，对于生物体内的许多功能起着关键作用。
1. 蛋白质晶体学蛋白质晶体学是生物晶体学的一个重要分支。
它研究的是蛋白质分子在晶体中的结构，通过高分辨率的晶体学方法可以得到蛋白质的详细结构信息。
这对于理解蛋白质的功能、研发药物以及解析蛋白质与其他分子之间的相互作用具有重要意义。
2. 矿物晶体学矿物晶体学是研究矿物质晶体结构和性质的学科。
其中一部分矿物质是由生物作用形成的，如有机质和无机盐的复合物。
生物体内的一些矿物质晶体具有特殊的性质，如牙齿中的磷酸钙晶体可以抵抗酸蚀，骨骼中的羟基磷灰石晶体可以保持骨骼的稳定性。
生物矿化 PPT课件
超分子与组织
界面分子识别
外延生长
生长调制
超分子自组织―生物矿化进行的前提
在矿物沉积前构造一个有组织的反应环境,该环境决定了无机 物成核的位置.有机基质的预组织是生物矿化的模板前提,预组 织原则是指有机基质与无机相在分子识别之前将识别无机物的 环境组织的愈好,则它们的识别效果愈佳,形成的无机相愈稳定.
二、生物矿物和生物矿化
生物矿物
概念：生物体系特定条件下生成的矿物。
特点：不仅具有骨架支撑作用，而且还 具有重力传感作用（如耳石）、磁场传 感作用（如磁粒体）等特殊功能。
生物矿化
概念：是指由生物体通过生物大分子 的调控生成无机矿物的过程。
特点：有特殊的反应介质、基质 对矿物的指导作用、细胞代谢的 参与
六、生物矿化的主要研究方向
生物矿化的主要研究从以下几个方面展开了研究: (1)研究蛋白质、核酸等之间的相互作用和影响，以及大分子 的组装、催化与调节、蛋白质的折叠与结合对生物矿物的影响 等； (2)通过晶体学、晶体生长学、序列与拓扑学、生物物理学和 生物有机化学的理论,来建立生物矿化的理论模型和机制,进而 通过计算机模拟的方法来研究生物矿化的理论机制,为发展新 型功能材料提供理论支持和指导；
生长调制
无机相通过晶体生长进行组装得到亚单元,同时形状, 大小,取向和结构受有机基质分子组装体的控制;由于 实际生物体内矿化中有机基质是处于动态的所以在时 间和空间上也受有机基质分子组装体的调节.在许多生 物体系中,分子构造的第三个阶段即通过化学矢量调节 赋予了生物矿化物质具有独特的结构和形态的基础.
外延生长
在细胞参与下亚单元组装成更高级的结构.该阶段是造成天然 生物矿化材料与人工材料差别的主要原因,而且是复杂超精细 结构在细胞活动中进行最后的修饰的阶段.
生物矿化实验报告
一、实验目的1. 了解生物矿化的基本原理和过程；2. 掌握模拟生物矿化实验的操作方法；3. 观察并分析生物矿化产物的形成及特性。
二、实验原理生物矿化是指生物体通过细胞代谢产生矿物的过程。
在生物体内，矿物质与有机物质相互作用，形成具有特定结构和功能的矿化组织。
模拟生物矿化实验通过模拟生物体内的矿化过程，制备出具有类似生物矿化产物的材料。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：碳酸钙、磷酸钙、胶原蛋白、几丁质、模拟生物矿化溶液；2. 实验仪器：恒温培养箱、离心机、显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪、透射电子显微镜等。
四、实验步骤1. 准备模拟生物矿化溶液：将碳酸钙、磷酸钙、胶原蛋白、几丁质按一定比例溶解于去离子水中，制成模拟生物矿化溶液；2. 将模拟生物矿化溶液置于恒温培养箱中，在适宜的温度和pH条件下进行培养；3. 在培养过程中，定期观察溶液中矿化产物的形成情况，记录实验数据；4. 利用显微镜观察矿化产物的形态和结构；5. 利用傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪、透射电子显微镜等分析矿化产物的成分和结构。
五、实验结果与分析1. 实验现象：在培养过程中，溶液中出现白色沉淀，随着培养时间的延长，沉淀逐渐增多，形成颗粒状、纤维状等不同形态的矿化产物；2. 形态观察：显微镜下观察到矿化产物呈颗粒状、纤维状等不同形态，具有一定的排列顺序；3. 成分分析：傅里叶变换红外光谱仪和X射线衍射仪分析结果表明，矿化产物主要由碳酸钙、磷酸钙、胶原蛋白和几丁质组成；4. 结构分析：透射电子显微镜观察结果显示，矿化产物具有典型的生物矿化结构，有机物质与矿物质紧密结合。
六、实验结论1. 成功模拟了生物体内的矿化过程，制备出具有类似生物矿化产物的材料；2. 通过实验观察到矿化产物的形成及特性，为生物矿化材料的研究提供了实验依据；3. 该实验为生物矿化材料在生物医学、材料工程等领域的应用提供了参考。
七、实验讨论1. 实验过程中，温度和pH值对矿化产物的形成和特性有重要影响。
生物矿化
•磷酸钙结晶形成的动力学：
结晶过程包括成核、成长或聚集以及固相转化。 A. 成核： a. 均相成核：初始的晶核从均匀溶液中自发形 成。可以把均相成核想象为离子相互结合，经 聚集成有序的簇状结构后，形成晶核。只有组 成簇的分子数大到一定数目时，才能成核。低 于临界簇时，可以分散；高于临界簇时，稳定 而且发展成核。临界簇不是常数，与过饱和度 有关。
虽然钙和镁离子都是亲氧的但当配体为蛋白质时钙之所以能比镁容易结合还由蛋白质侧链所提供的天冬氨酸谷氨酸或羧基谷氨酸的羧基氧磷酸丝氨酸的磷酸基氧羟基氧以及肽链的羰基氧构成的完全由氧原子组成的结合部位适于与钙离子结合
生物矿化
第一节 生物矿物与生物矿化
•生物矿物、硬组织： 组织：细胞及细胞外基质组成 生物矿物主要指无机成分。 硬组织指生物方式是相同的。 特殊的高级结构和组装方式赋予特殊的理 化性质和生物功能。 •正常生物矿化和异常矿化：一个是受控过 程，一个是失控的结果。
钙与磷脂、糖的结合
磷脂是细胞膜的结构成分，Ca2+的结合可 改变它们在膜内的分布，并因钙离子的桥接可 引起膜与膜的结合。磷脂可能通过结合钙离子， 把钙离子集中，形成磷酸八钙或磷灰石等多核 结构。 与钙离子容易结合的另一类配体是多糖及包 含多糖亚单元的糖蛋白。钙-糖相互作用对钙的 运送和储存、矿化、细胞间附着等起重要作用。 糖以其羟基氧配位，配位数为7—8，构型偏离 八面体。在Ca2+ 壳层内参与配位的糖分子不过 2—3个，其余位置由水占据。在简单糖类做配 体时，这种结合本不稳定，但一经变成多糖大 分子，则稳定性明显增加。
D. 固相转变 在溶液与某种动力学有利、热力学不利的 固相达到平衡时，溶液处于亚稳态，而从固 相组成来说，则还远离平衡。因此，动力学 有利、热力学不利的固相将依次转化形成稳 定相。这种转化不是单纯的晶格转变，而是 一系列改变钙磷比，改变水解程度的化学反 应。
生物矿化技术
生物矿化技术生物矿化技术是一种利用生物体内的有机物质来促进无机物质沉积形成矿物的技术。
这种技术在生物矿化学、地球化学和生物地球化学等领域得到广泛应用。
在生物矿化技术中，微生物是至关重要的角色。
微生物可以通过代谢过程，沉淀出无机物质，从而促进矿物形成。
微生物可以通过多种途径参与矿物形成，如生物酸化、生物还原、生物氧化等过程。
生物酸化是微生物促进矿物形成的一种重要方式。
微生物通过代谢过程产生的酸性物质可以溶解出矿物质中的金属离子，从而促进矿物形成。
同时，微生物还可以产生一些有机物质，这些有机物质可以与金属离子形成络合物，从而促进矿物的形成。
生物还原是另一种常见的生物矿化技术。
在这种过程中，微生物可以通过代谢还原剂，将矿物质中的金属离子还原成金属元素，从而促进矿物形成。
同时，微生物还可以产生一些有机物质，这些有机物质可以与金属元素形成络合物，从而促进矿物的形成。
生物氧化是生物矿化技术中的另一种重要方式。
在这种过程中，微生物可以通过代谢过程产生氧化剂，将矿物质中的金属元素氧化成金属离子，从而促进矿物形成。
同时，微生物还可以通过产生一些有机物质，这些有机物质可以与金属离子形成络合物，从而促进矿物的形成。
生物矿化技术可以应用于多个领域。
例如，在环境修复领域，生物矿化技术可以用于修复受到重金属污染的土地。
生物矿化技术可以利用微生物的代谢活动，将土壤中的重金属离子转化成不易溶解的金属矿物，从而降低土壤中重金属的含量。
在矿物勘探领域，生物矿化技术也得到了广泛应用。
生物矿化技术可以利用微生物的代谢活动，促进矿物的形成，从而帮助勘探人员寻找到矿物矿床的位置。
此外，生物矿化技术还可以帮助勘探人员判断矿物矿床的类型和含量，提高勘探效率。
生物矿化技术是一种非常有前途的技术，可以在多个领域得到应用。
随着科学技术的不断发展，生物矿化技术的应用前景将越来越广阔。
第五章 生物矿化
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❖ 矿化与脱矿在生物体内表现为硬组织的溶解与再造
（Remodelling）。溶解与再造速度比随年龄变化， 使硬组织不断成长而后退化。
原因：生物矿化是在基质指导下进行的，特定的基质 产生特定的晶体结构。而基质的生物合成又是在细 胞指导下进行的，特定的细胞分泌特定的基质。
度的矿化系统，其不同寻常的化学组成和高度有序的
结构成为脊椎动物中最致密的材料。
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牙釉质龋病的形成涉及很多因素，分析化学指出， 龋病发生的主要过程是一种脱矿过程；简单地说，釉
质龋是釉质酸性溶解的结果。 实验表明：牙釉质长时间暴露于高浓度的氟试剂可
产生氟化钙，氟化钙可防止釉质溶解；其原因可能是 脱矿釉质成分由F-固定而不损失到液相。
第4章 生物矿化的细胞调控 第5章 生物矿化与基因调控 第6章 病理性矿化Ⅰ：与骨矿物代谢和血管 钙化有关的生物矿化 第7章 病理性矿化Ⅱ：结石与牙的病理矿化 第8章 植物体内的生物矿化
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生物矿物的种类与功能
碳酸钙： ❖ 结构：有文石和方解石两种；
❖ 功能：腹足动物贝壳的珍珠层由文石结构的碳酸钙组 成，在几种海绵中球文石以刺的形式存在，刺可能起 结构支撑的作用或者防止食肉动物对它的危害。 在动物内耳中有成百的小方解石单晶。
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例如：
软骨细胞合成II型胶原蛋白。II型胶原蛋
白-蛋白多糖抑制羟基磷灰石的结晶成长，所以形成 软骨。
成骨细胞合成I型胶原蛋白及某些蛋白多糖， 它们促使磷灰石在胶原纤维-磷酸蛋白复合物表面磷
酸基上成核生长，并充填于胶原纤维空区中，形成
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仿生矿化的研究现状及前景摘要：生物矿化，是指由生物体通过生物大分子的调控生成无机矿物的过程。
组成生物矿化材料的主要无机材料广泛存在于自然界中，但是一旦受控于这种特殊的生命过程，便具有常规陶瓷不可比拟的优点，如极高的强度、比较好的断裂韧性、优异的减震性能及其它许多特殊的功能。
研究生物矿化有着极其重要的意义，如通过研究碳酸盐的生物矿化可以考察化学风化、成岩作用、预测古代环境气候，探究全球碳循环及放射性核素和痕量金属在底下水层的活性迁移，可以指导人们仿生合成高级复合材料并为医学上抑制人体内的病理性矿化提供新的解决途径。
1 引言生物矿物的研究始于20世纪20-30年代，这一时期德国、丹麦、瑞典的学者用偏光显微镜对生物矿物进行了系统的观察。
第二次世界大战后的50-60年代，欧洲和美国的学者借助透射电镜和扫描电镜对生物矿物做了深入的研究，并且建立了有机基质的概念。
70年代以来，随着各种微区分析技术的发展，人们可以用各种不同的仪器进行近一步的研究，不仅探明了绝大部分门类的主要矿物的结构和成分，而且将生物矿物的研究逐渐提高到生物无机化学、细胞生物学、分子生物学乃至基因的水平。
我国的生物矿化研究起步较晚，自从1988年我国化学家王夔院士和材料化学家李恒德院士将生物矿化的概念引入国内，国内的生物矿化研究开始逐渐兴盛规模，并且以很快的速度发展【1】。
生物矿化是指生物体在一定的环境条件下构筑基于无机矿物的分级结构的过程。
此过程受到生物环境的高度调控，包括溶液状态、生物大分子以及引导矿物成核和生长的基质。
尽管许多矿化组织的主要成分是无机相，但由于其在结晶和生长过程中受到上生物环境的调控，因此，通过生物矿化过程形成的无机-有机高级杂化材料具有人工合成材料所无法比拟的物理、化学性质。
如：极高的强度和断裂韧性，优异的减震性能等。
此外，生物矿化组织还具有非常强大的生物学功能，呈现出良好的生物相容性。
他们既可以作为生物体的结构支撑，又可以作为生物传感器。
这些不同寻常的性能源于特定的生物条件下，材料的巧妙组装过程及其所具有的精细的微观结构。
这就是生物矿化的魅力所在【2】。
生物矿物提供是不仅是结构支撑和力学强度，而且是一种器官。
作为天然建筑师，它包含了许多重要的生物学功能，具有许多其他特殊功能。
如磁序菌中的磁传感器(Fe 3O4)；双壳动物的重力平衡器(CaCO3、CaSO4 )；防止其他动物捕食的甲壳(SiO2、CaCO3)；血红蛋白的铁储存(Fe 2O3nH2O)；三叶虫的眼晶状体(CaCO3)等。
此外，生物矿物还不断地参与生物体内的新陈代谢(包括去矿化和重新矿化以适应环境和生物应力)【3】。
以及无机界矿物所特有的自净化作用【4】，大量的事实证明，这种高级功能来源于特殊组织的进化，并且这种结构作为机体的一部分才能充分发挥作用【5】。
2 生物矿化的作用过程矿化作用区别于一般矿化作用的显著特征是通过有机大分子和无机离子在界面处的相互作用。
从分子水平上控制无机矿物相的结晶、生长，从而使生物矿物具有特殊的分级结构和组装方式。
近年来研究表明，生物体对生物矿化过程的控制是一个复杂的多层次过程，其中，生物大分子产生排布以及它们与无机矿物相的持久作用是生物矿化过程的两个主要方面【6】。
一般认为生物体内的矿化过程分为四个阶段【7】。
(1)有机质的预组织：生物体内不溶有机质在矿物沉积前构造一个有组织的微反应环境，该环境决定了无机物成核的位置和形成矿物的功能。
该阶段是生物矿化进行的前提。
(2)界面分子识别：在已形成的有机大分子组装体的控制下，无机物在溶液中通过静电力作用、螯合作用、氢键、范德华力等作用在有机-无机界面处成核。
分子识别是一种具有专一性功能的过程，它控制着晶体的成核、生长和聚集。
(3)生长调制：无机矿物相生长过程中，晶体的形态、大小、取向和结构受生物体有机质的调控，并初步组装得到亚单元。
该阶段通过化学矢量调节赋予了生物矿化物质具有独特的结构和形态。
(4)外延生长：在细胞参与下，亚单元组装形成多级结构的生物成因矿物。
该阶段是造成天然生物矿化材料与人工材料差别的主要原因。
而且是复杂超精细结构在细胞活动中的最后修饰阶段。
生物矿化是一个复杂的动态的过程，受到生物有机质、晶体自身生长机制，以及外界环境等各方面的综合调控作用。
仿生矿化模型的建立以及相关机理的深入研究．为在有机组分内合成无机材料，进而利用生物成因矿物的力学性质研究，制备具有高断裂韧性和高强度的仿生材料提供了理论基础。
3 仿生矿化的研究现状按照调控途径的不同，可以将生物矿化分为两大类，即生物诱导矿化和生物控制矿化。
从生理上讲，生物矿化又可以分为正常矿化和病理性矿化。
自然界中的生物矿化可以按照以上任一途径形成。
目前有越来越多的科研工作者加入到生物矿化的队伍中来。
随着仿生矿化的研究不断深入，研究思路和方法都有了较大的进步，已由最初的生物提取有机质进行体外模拟矿化，发展到人工合成有机质等进行细胞、分子水平上的矿化调控。
(1)生物体直接提取有机质进行的仿生矿化研究该研究直接从生物体中提取有机质并进行体外模拟合成无机矿物。
在生物体中，指导矿化作用的有机质。
按其性质和功能可分为两大类，不溶有机质和可溶有机质。
前者由疏水结构的大分子组成，可作为矿化过程中的架构，如丝蛋白；后者多为带负电荷的可溶蛋白质，吸附在不溶有机架构的表面，与晶体表面直接接触，诱导矿物晶体成核生长。
例如，从软体动物贝壳的片状文石层和方解石菱面体层中分别提取了蛋白质高分子，成功地指导了文石和方解石的形成。
研究表明，可溶性的蛋白质或其他添加剂可选择性的吸附在生长晶体的特定晶面上，改变不同晶面的相对生长速率，从而可以控制晶体形貌。
Fu等【8】研究了鲍鱼珍珠层蛋白对方解石生长的影响。
AP8-α(8. 7kDa)、AP8-β(7. 8kDa) 是两种从鲍鱼壳的珍珠层中提取出来的蛋白质。
结果发现AP8-β不仅通过台阶定向作用降低了台阶的自由能，改变了台阶形貌，使台地平均宽度变小，还改变了台阶的生长动力学，使得θ值变小( 图1)【9】。
此外，多肽、氨基酸、胶原蛋白以及胆固醇等也被设计用于仿生合成调控碳酸钙的形貌及物相，并取得一定的研究成果。
图1 ( a) 纯体系中(104) 面的AFM图;( b—f) 生长液中加入0. 2μM 的AP8-β后，(104) 面形貌随时间变化的AFM 图;b = 50min，c = 70min，d = 90min，e = 110min，f =122min(2)人工合成的具有特殊官能团的有机高分子进行的仿生矿化研究通过对生物体内矿化有机质的结构组成的分析结果表明，羧基和氨基等官能团对碳酸钙矿物变体的选择及形貌具有显著的调控作用。
Orme【10】等考察了L-天冬氨酸( L-Asp)和D-天冬氨酸( D-Asp)对方解石生长和溶解的影响，发现Asp改变了方解石的生长形貌及其表面能。
加入Asp后，负台阶边缘立刻发生弯曲，而正台阶边缘仍保持笔直，滑移面不再是确定的一条直线，生长小丘的对称性遭到破坏。
加入Asp 的其中一种对映体可导致( hk0 )型晶面的产生，并沿c轴方向伸展( 图2e和f)。
并且L-Asp和D-Asp对(104 ) 面生长和溶解的影响效果呈镜面对称(图2)。
利用该特性，人工合成具有特殊空间排布的官能团的有机高分子。
模拟有机质的作用，制备具有特殊形貌和性能的矿物材料，是近年来兴起的一个重要的研究方向。
例如，聚电解质、双亲水嵌段共聚物(DHBC)、两亲嵌段共聚物等均被广泛用于仿生矿化合成。
其中，最具代表性的是以DHBC为矿化添加剂的仿生矿化研究。
DHBC包含两个亲水头基和一个疏水尾链，两个亲水头基中，一个与水相接触以增加聚合物的溶解度，而另一个带有特殊官能团，可与无机矿物晶体离子作用，调控无机矿物形貌。
Colfen【11】等曾利用聚乙二醇一聚甲基丙烯酸嵌段共聚物调控CaCO3，晶体的形貌，提出了CaCO3的聚集球状晶体颗粒的生长机制；该生长机制被证实同样适用于BaCO3、SrCO3等其他碳酸盐矿物。
图2 氨基酸手性对( 104 ) 面的影响效果: ( a ) 含0. 01M L-Asp 的生长液，15 ×15μm;( b) 含0. 01M D-Asp的生长液，15 ×15μm;( c) 含L-Asp 的不饱和溶液，10 ×10μm;( d) D-Asp 的不饱和溶液，5 ×5μm;( e) 0. 01M LAsp 存在下结晶所生成的方解石晶体SEM 图; ( f)0. 01M D-Asp 存在下结晶所生成的方解石晶体的SEM图(3)具有特殊官能团的有机模板调控晶体的仿生矿化研究近年来，有机模板法的仿生成已得到越来越广泛的研究。
Langmuir单分子膜、LB膜、超薄有机膜、自组装单层膜(SAMs)等都已成为无机矿物晶体生长调控的有效模板。
主要用于晶型和晶体取向生长调控。
模板调控法，主要是通过改变模板表面分子官能团的种类以及排布的顺序来调控无机晶体的成核和生长。
例如，Langmuir单膜层在气／水表面所形成的二维单晶生长平面能够改变界面分子的排布顺序和分子间距，可以调控晶体的成核、生长、取向和结构，合成了形貌和取向各异的CaCO3晶体。
Letelliert【12】等比较研究了带有不同电荷亲水头基的单分子膜对草酸钙晶体生长的影响，发现在两性磷脂DPPC单分子膜诱导下的草酸钙晶体具有I型特征结构。
很少有挛晶出现。
而在负电荷的DMPS单分子膜生长下的草酸钙晶体机不同于草酸钙的I型结构，也不同于二水草酸钙晶体的Ⅱ结构，为挛生晶体。
(4)囊泡、微乳、胶束等微反应器内进行的仿生矿化研究囊泡、微乳、胶束和反胶束等有序聚集体的结构类似细胞膜，可提供生物矿化所需的特殊隔室。
其内部的纳米级水相区域限制了无机物成核的位置和空间．相当于纳米尺寸的微反应器。
在其提供的微环境里，可以模拟生物矿化过程中有机质的调控作用和生物大分子的诱导作用，来调控矿物晶体的成核和生长。
例如，以磷脂酸形成的脂质体作为模板研究了有机质表面对磷酸钙矿化的调控作用时发现，脂质体可以诱导矿物从亚稳的磷酸钙溶液中生成，而在无脂质体存在时则没有矿物生成。
姚松年【13】等研究了卵磷脂(PC)-水体系中形成的脂质体的组成、大小、结构及有序性对CaCO3矿物晶体的晶型、尺寸和结构的影响，结果显示在纯水得到的碳酸钙主要是方解石，而在脂质体中生成的是文石型碳酸钙颗粒与珍珠的文石结构具有相似性。
冯庆玲和崔福斋等【14】根据天然骨的结构特征仿生合成了纳米羟磷灰石／胶原复合骨替代材料，并检测了其对骨的修复性能。
结果表明，这种复合材料成分与微结构具有天然骨的某些特征。
用这种复合材料压制成的致密种植体植入骨髓腔后，可被骨内部吸收，并诱导骨组织再生，充分调动人体自体修复和完善的能力，从而实现损伤或病变骨组织的永久修复。